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Selbsttätige Regeleinrichtung Für die Regelung von elektrischen Werten
gibt es die verschiedensten Verfahren, die aber vielfach sehr kompliziert sind und
daher dem Betrieb Schwierigkeiten bereiten. Außerdem sind diese Regler in den verschiedensten
Ausführungen auf dem Markte, so daß sich selbst der Fachmann nur schwer zurecht
zu finden vermag. Beispielsweise verwendet man für Starkstromregelungen ganz andere
Geräte wie für Schwachstrom, obwohl bei geeigneter Ausführung für beide Zwecke ganz
ähnliche Ausführungen möglich wären. Unbeachtet bleibt oft, daß man auch die mechanische
Regelung auf ein gleiches Prinzip wie die elektrische Regelung zurückführen kann
und daß man auf diese Weise eine Einheitlichkeit erzielen könnte, die das gesamte
Regelwesen grundsätzlich vereinfachen und verbilligen würde.
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Vielfach verwendet man für die Regelung elektrischer Werte Kontaktgeräte,
die beim Über- oder Unterschreiten des Regelsollwertes Kontakt geben und dadurch
eine entsprechende Einschaltung des Regelmotors bewirken. Man hat auch durch Anordnung
mehrerer Kontakte versucht, bei größerer Abweichung des Meßwertes vom Sollwert eine
schnellere Verstellung zu bewirken. Da aber die Zahl der anzubringenden Kontakte
aus Raumgründen beschränkt ist, ergibt sich hierdurch eine immerhin grobe Regelung,
die zur Pendelung neigt, wenn nicht eine starke Dämpfung vorgesehen ist. Eine solche
Dämpfung beeinfiußt aber wieder die Regelgeschwindigkeit und -genauigkeit ungünstig.
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Die elektrischen Werte werden meist durch sehr feinempfindliche Meßgeräte,
die für Kontaktgabe schlecht geeignet sind, gemessen. Bei zu schwacher Kontaktanlage
treten Funken auf, und es ist dann die Regelung nicht mehr einwandfrei und sicher.
Liegen die Kontakte aber sehr stark auf, so wird eine größere Hemmung erzielt und
die Meßgenauigkeit wesentlich verringert. Man hat sich nun dadurch geholfen, daß
man eine Hilfskraft vorsieht, die einen. Fallbügel betätigt,
der
den Zeiger bei Kontaktgabe festhält. Aber auch diese Lösung hat Nachteile. Einesteils
kann bei Verwendung von Fallbügeln ein normales Meßgerät nicht mehr vorgesehen werden,
anderenfalls ist das Festhalten des Zeigers nicht empfehlenswert, da man dann keinen
durchgehenden Kurvenverlauf hat und zeitweise den Meßwert nicht feststellen kann.
Es kann auch sein, daß in dieser F esthaltezeit gerade der Meßw #ert sich stark
ändert und daß der Regler erst anspricht, wenn der Zeiger das nächste Mal festgehalten
wird. Bei Störungen kann sich dies sehr ungünstig auswirken, da nicht sofort eine
Gegensteuerung ausgelöst wird.
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Die Erfindung betrifft eine selbständige Einrichtung, die zur Regelung
beliebiger physikalischer und- elektrischer Größen verwendet werden kann, bei der
mittels elektrischer Werte, wie z. B. Spannung, Strom oder Leistung, die Verstellung
des Regelorgans so bewirkt wird, daß mit Abweichung des Meßwertes vom Sollwert eine
schnellere Verstellgeschwindigkeit des Regelorgans eintritt. Das Wesen der Erfindung
besteht darin, daß hierzu eine oder mehrere Einrichtungen vorgesehen sind, die den
:elektrischen Meßwert und gegebenenfalls auch einen elektrischen, von einer an sich
konstanten Spannungsquelle herrührenden Hilfs-bzw. Vergleichswert periodisch verändern,
und daß dieser geänderte elektrische Wert in geänderter Form zur Regelung benutzt
wird.
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Es wird ein neues Organentwickelt, das als Wechselwiderstand bezeichnet
wird. Dieser Widerstand verändert ständig einen Strom periodisch, d. h. es notiert
eine Bürste z. B. auf einem Widerstand. Diese Bürste kann von einem Motor angetrieben
sein und läuft ständig mit gleicher Urndrehungsgeschwindigkeit. Die Drehzahl der
Bürste wird nur einmal eingestellt und den Betriebsverhältnissen angepaßt. Dieser
Wechselwiderstand übernimmt durch seine besonderen Eigenschaften dieRegelaufgaben
und kann auch für eine größere Anzahl von Reglern verwendet werden. Er hat mit der
Messung selbst nichts zu tun, macht aber ein Meßgerät mit Kontakten entbehrlich.
Die einzige Kontaktgabe, die evtl. erforderlich ist, übernimmt .dieser Widerstand.
Er kann hierfür kräftig bemessen und durch Fremdkraft angetrieben werden. Die Wirkung
-der Regelung setzt sofort ein, wenn sich der Meßwert ändert. Die Einschaltung des
das Regelorgan verstellende:n Stromes geschieht durch Verwendung von Relais oder
ähnlicher Einrichtungen. Da der Wechselwiderstand nur den Strom zu ändern hat, kann
mit ihm jeder beliebige elektrische Wert -eingeregelt werden, gleieh-, -ii ilti-
el ob es sich uni Hochspannung, N iederspannung,Thermoströme, lichtelektrische oder
ähnliche Ströme handelt. Es ist nur eine Frage der angeschlossenen Relais, welche
Regelgenauigkeit zu erreichen ist. Die Relaistechnik ist aber so weit entwickelt,
daß ganz geringe Stromstärken zur Wirkung gebracht werden können. Der Wechselwiderstand
erzielt eine Wirkung, die ähnlich ist der von Kontaktgeräten mit einem Kontaktabstand
Null zwischen Minimal- und Maxinialwer t. Er arbeitet trotzdem ohne diese Kontakte.
Aus diesem Grunde ist die Einrichtung auch unmittelbar zur Kontaktgabe verwendbar,
um z. B. Signal- oder Steuereinrichtungen in Tätigkeit zu setzen. Ein wesentlicher
Vorteil liegt auch darin, daß erforderlichenfalls auch physikalische Werte eingeregelt
werden können unter. Verwendung einas gemeinsamen Elementes, das auch für eine große
Anzahl von Reglern für verschiedenste Zwecke verwendet werden kann. Dadurch wird
eine außerordentlich große Billigkeit der gesamten Regeltechnik ermöglicht.
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Abb. i, d. und 5 zeigen verschiedene Schaltungsschemen zur Regelung,
Abb. a zeigt den Stromverlauf, .der durch den Wechselwiderstand bewirkt wird, Abb.3
das Schaltungssc:hema für die Relais. In Abb. 6 und ; ist der Stromverlauf zur Erzielung
verschiedener Impulszahl wiedergegeben. Abb. 8 zeigt eine Anordnung zur Regelung
von Strom und Spannung, Abb.9 eine Anordnung für die Rückführung und Abb. io die
Anwendung bei einer Wheatstoneschen Brücke. ! Abb. i betrifft ein Anwendungsbeispiel
für die Regelung der Stromstärke bei Gleichstrom. Durch einen Widerstand i (Strominesser)
wird aus dem Netz 2 eine kleine Strommenge abgezweigt, deren Wert durch Regelung
konstantgehalten wird, so daß auch der Gesamtstrom gleich bleibt. Dieser Zwei,-,-strom
wird erst in .den Wechselwiderstand 3 geleitet, der aus einem einfachen Widerstand
.4 besteht, auf .dem dauernd eine Bürste rotiert. Der Strom läuft dann über das
Feinrelais 6 (Stromrelais) zum Widerstand i zurück. Ein 'zweiter Stromkreis, der
von dem Gleichstromnetz unmittelbar abgezweigt ist, geht über einen zweiten Wechselwiderstand
7 zu dem Feinrelais (Spannungsrelais) B. In dem letzten Relais verläuft der Strom
nach Abb. z, Kurve 9, da der Wechselwiderstand sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit
dreht und daher auch gleichmäßige Stromzacken ergibt. Anders ist :es bei dem Stromverlauf
io kn Relais 6. Da der zu regelnde Strom wechselt, werden auch die Zacken verschiedene
Höhe haben. Die strichpunktierte Linie sei die Stromstärke, bei ,der die Relais
6 bzw. 8 ansprechen. Ist der Sollwert z. B. erreicht, so wird der Regler so eingestellt,
daß beide Re-
Mais gleichzeitig sehalten, und zwar schalten sich
diese .gegenseitig aus (Stromverlauf A). Die Einschaltung der Relais ist also to
= o Sek. Steigt nun der zu regelnde Strom an, so wird gemäß Stromverlauf B (A.bb.
2) auch die Kurve io .höher ansteigen. Das Relais 6 spricht um .die Zeit t' früher
an als das Relais 8, und in dieser Zwischenzeit ist der Regler in Tätigkeit und
bringt :den Strom, z. B. durch Verstellung eines Widerstandes, dem Sollwert näher.
Die Kurvenhöhe wird daher immer kleiner, die Schaltzeiten kürzer (t', t", t"'),
und .der Sollwert wird schließlich erreicht. Dadurch ist der Norm@alzustan:d (Kurvenverlauf
A) wieder eingestellt, und der Regelsollwert der Stromstärke ist -wieder erreicht.
Es ist klar, daß, je größer die Abweichung ist, desto schneller auch das Regelorgan
sich bewegt, und @es ändert sich die Verstellgröße mit der Abweichnung des Meßwertes.
In der Nähe des Sollwertes geht die Regelung langsamer vor sich, und es wird dadurch
wirksam das Überregeln verhindert.
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Das gegenseitige Ausschalten der Relais wird erreicht durch die Anordnung
nach Abb. 3. Die beiden Relais 6 und 8 sind als Umschaltrelais ausgebildet und steuern
z. B. die Wicklungen ii und 12 eines El.ektromotors für zwei Drehrichtungen, der
z. B. einen Widerstand zur Veränderung der zu regelnden Netzstromstärke verstellt.
Es ist aus .der Abbildung ersiohtlich, daß bei gleichzeitiger Schaltung der beiden
Relais der Motor nicht tin Tätigkeit treten kann, bei verschiedenen Schaltzeittpunkten
aber in der Zwischenzeit @eingeschaltet wind.
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Abb. q. zeigt als weiteres Beispiel eine Einrichtung zur Regelung
.der Temperatur, und zwar durch Messung der Spannung eines Thermoel.ementes. Dieses
Thermoelement i3. liefert den Strom über den Wechselwiderstand 3, der hier als Kontakt-,viderstand
gezeichnet ist, zu .dem Relais 6. Der Wechselwiderstand treibt gleichzeitig ,eine
Kontaktvorrichtung 14 an, die ,einen zweiten Stromkreis zeitweise aus- und einschaltet.
Es ergibt sich ,dadurch die gestrichelte Kurve 15 in Abb.2. Die Wirkung ist aber
genau die gleiche wie in der eben beschriebenen Anordnung.
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Abb. 5 zeigt die vielfache und allgemeine Verwendbarkeit des Reglers
mit Wechs:elwiderstand. Es sei angenommen, daß in einem Wechselstromkreis Spannung
und Stromstärke geregelt werden soll und daß außerdem der Strom einer lichtelektrischen
Zelle konstant gehalten werden .muß. Aus ,dem Netz 16 wird der Wechselstrom entnommen,
und zwar durch einen Meßtransformator i; wird die Stromstärke bestimmt, durch den
Anschluß 18 wird unter Vorschaltung eines Widerstandes i9 die Spannung festgestellt.
Es kann, um Gleichstromrelais verwenden zu können, ein Gleichrichter 2o vorgesehen
werden. Die lichtelektrische Messung geschieht-durch eine Zelle 21. Sämtliche Meßgrößen
werden -je einer Spule 22 der einzelnen Relais zugeführt. Es ist nun zweckmäßig,
bei derart verschiedenen Meßgrößen für den periodisch veränderten Strom aus dem
Wechselwiderstand eine besondere Spule vorzusehen. Die Relais erhalten daher durch
die Spule 23 den stetig sich ändernden Strom aus dem Wechselwiderstand 5. Es ergibt
sich hieraus, daß jedes Reliais sowohl einen sich periodisch verändernden Strom
wie auch einen Meßstrom erhält. Diese Ströme überlagern sich, so daß sich ähnlicher
Stromverlauf ergibt wie in Abb.-2, Stromverlauf io. Entsprechend Abb. q. wird gleichzeitig
ein Kontaktapparat 14 betätigt, der auf eine weitere Relaisspule 2.4 wirkt. Die
Relais betätigen nun die Schaltröhren 25, die Schaltung ist gemäß Abb. 3 .durchgeführt,
so, daß die den einzelnen Meßgrößen zugeordneten Relais je einem Motor 26,
.der die zu regelnde Größe steuert, für den Lauf in der einen oder anderen Richtung
einschalten.
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Selbstverständlich kann, falls .die Relaistechnik dies erforderlich
.erscheinen läßt, ein Zwischenrelais vorgesehen werden. Es ist dies beispielsweise
für die Messung .des lichtelektrischen Stromes gezeigt. Hier betätigen die Spulen
22 und 23 die Einschaltröhre 27 des Zwischenre!lais,.die ,das Hauptrelais 28 in
Tätigkeit setzt und dadurch. die Umschaltröhre 25 be@einfiußt. In gl-eicher Weise
wird durch diese der Steuermotor 26 in Betrieb gesetzt. Der Vorteil der lichtelektrischen
Messung besteht .darin, daß man das Regelverfahren auch zur Einregelung beliebiger
physikalischer, insbesondere mechanischer Größen verwenden kann. Es braucht nur
der Zeiger 29 des Meßinstrumentes 30 mit einer Abdeckplatte 31 versehen
zu werden, und es wird dann durch die Lichtquelle 32 entsprechend der Stellung des
Zeigers die lichtempfindliche Zelle verschieden beleuchtet und führt daher auch
verschiedene Stromstärke. Durch Einregelung ,derselben kann also .die Zeigerstellung
wieder auf ihren Sollwert zurückgebracht werden, d. h. es wird,auf elektrische Weise
der mechanische Meßwert-eingeregelt. Es ist damit möglich, eine große Einheitlichkeit
zu erzielen, .da jetzt mit dergleichen Einrichtung sowohl elektrische als auch mechanische
Größen geregelt werden können. Die lichtelektrische Anordnung wirkt wie ein Fernsender
üblicher Art bei mechanischen Meßgeräten, hat aber den Vorteil, daß er ganz reibungsfrei
arbeitet. Es ist selbstverständlich, daß statt einer
Zelle auch
der Strom, ,der mit Hilfe eines Kondensators oder einer Drosselspule oder ähnlichem
verändert wird, in gleichem Sinne zur Regelung benutzt werden kann.
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Es gibt nun Fälle, in :denen die besonders für mechanische Regelung
oft erforderliche hohe Impulszahl nicht erforderlich ist oder auch unzweckmäßig
:ist. Dies gilt besonders für elektrische Temperaturregelung, da hier z. B. mit
der großen Trägheit einer Ofenanlage gerechnet werden muß. Die Regelung muß daher
sehr langsam vor sich gehen. Es wird angenommen, daß man für diesen Zweck nur ein
Fünftel der Zahl .an Impulsen braucht. Man kann die dadurch erreichen, daß man die
Ströme, die .aus dem Wechselwiderstand entnommen werden, verschieden groß macht.
In Abb. 6 :ist dies :gezeichnet. Nach je vier kleinen Stromzacken kommt .eine .größere.
Das eine Relais spricht an bei der Stromstärke 33, das andere bei der Stromstärke
3d.. Es ist ersichtlich, daß das letzte Relais nur nach je 5 Impulsen in Tätigkeit
tritt. Man kann die Einrichtung auch noch weiter entwickeln, um für .die einzelnen
Regler die erforderliche Impulszahl einstellen zu können, indem man gemäß Abb. 7
die Zackenhöhe allmählich vergrößert. Ein Relais, das bei der Stromstärke 35 anspricht,
wird daher nur zeitweise eine Regelung veranlassen. Die verschiedene Höhe der Zacken
kann dadurch erreicht werden, daß man vor den Wechselwiderstand einen zweiten Widerstand
einschaltet, der sich mit geringerer Geschwindigkeit verdreht als der Wechselwiderständ.
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Es wurde schon erwähnt, daß der Wechselwiderstand wie eine Kontakteinrichtung
wirkt, .die aber ohne Kontakte arbeitet. Dies läßt sich praktisch verwerten, indem
man bei Überschreitung einer bestimmten Zeig t.' (Abb. a) eine Signal- oder Steuereinrichtung
sich betätigen läßt. Man .benötigt hierzu nur ein Relais, das mit einer gewissen
Verzögerung, die .der gewünschten Abweichung entspricht, zur Wirkung kommt.
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In den bisherigen Beispielen wird eine elektromotorische Betätigung
des Regelorgans verwendet. Selbstverständlich könnte auch eine magnetische Betätigung
irgendeines Organs vorgesehen werden, oder .es können auch. Magnete ein Steuerventil
verstellen, das Flüssigkeit einem hydraulischen Kraftkolben zuführt. Dieser Kraftkolben
verstellt dann das Regelorgan.
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Die elektrische Regelung gestattet auf einfachste Weise, verschiedene
Werte aufeinander einwirken zu lassen und das Ergebnis zur Regelung zu benutzen.
Es ist also eine elektrische Regelung .möglich, bei der der eine Meßwert proportional
zum zweiten verändert wird. Ein Beispiel zeigt Abb. 8 zur Regelung von Strom
und Spannung, derart, daß bei steigender Stromstärke auch die Spannung erhöht wird,
um den Leitungswiderstand auszugleichen. Das Feinrelais 6 wird hier von zwei Strömen
durchflossen, die entgegengesetzt gerichtet sind. Der eine Strom ist durch Wirkung
des Widerstandes i abhängig von !der Stromstärke, der andere durch den Widerstand
36 von der Spannung. Beide Ströme wirken derartig, daß .das gewünschte Verhältnis
erreicht wird. In ähnlicher Weise kann auch die Leistung eingeregelt werden, die
Phasenverschiebung usw.
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Um nun alle Regelarten zu erfassen, die möglich sind, m:uß auch für
einzelne Fälle eine Rückführung vorgesehen sein. In Abb. 9 ist ein Ausführungsbeispiel
gezeigt. In die Meßleitung für die einzelnen Regler, für die eine Rückführung nötig
ist, wird ein Ringrohr 37 eingebaut, indem sich ein Widerstand 38 befindet.
Dieses Rohr wird durch die Magnete 39 und d.o von dem Stromkreis, der den
Steuermotor einschaltet, verdreht, und zwar in verschiedener Richtung, j e nach
dem, -welche Drehrichtung der Motor gerade eingeschaltet hat. Bei der Verdrehung
fließt durch die Drosselstelle 41 Quecksilber von der einen Seite zur anderen und
schaltet damit von dein Widerstand 38 einen Teil ab oder zu. Die Sclialtung
ist nun so vorgenommen, daß der Regelwirkung entgegengearbeitet wird, so daß die
Regelung frühzeitig zum Stillstand kommt, und die Möglichkeit gegeben ist, daß der
Meßwert sich erst den Betriebsverhältnissen anpaßt. Das Quecksilber läuft dann allmählich
durch die Drosselung wieder zurück, bis es sich wieder im Gleichgewicht befindet.
Die Größe der Rückführung kann verändert werden durch die Größe des Aus- I schlages
des Ringrohres, und kann also dm Betriebsverhältnissen, z. B. der Trägheit des Vorganges,
angepaßt werden. Falls eine feine Rückführung nicht erforderlich ist, kann das Ringrohr
statt des eingebauten Widerstandes auch Kontakte erhalten, die Widerstände zu-und
abschalten.
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Da die
[email protected] mit Schwachstrom arbeiten und da der vom
Wechselwiderstand kommende Strom so wirken kann, daß er auf de bei einem Gespräch
auftretenden Ströme nicht störend wirkt, kann zur Fernleitung des Regelwertes auch
eine besprochene Telephonleitung verwendet werden, so daß eine Fernmessung und -regelung
auf beliebig große Entfernung verwirklicht werden kann.
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Ferner besteht auch die Möglichkeit, daß man den einzuregelnden Strom
gleichzeitig durch ein Meßgerät messen kann, indem man das Meßgerät so .anordnet,
daß durch dasselbe i der Wechselwiderstand überbrückt ist. Es wird also der normale
Strom zur Messung
verwendet, während,äer wechselnde zur Regelung
dient.
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Die Verstellung des Regelwertes ist .durch einfache Schaltungen, z.
B. :durch Einschaltung von Widerständen, möglich. Sie kann auch dadurch ausgeführt
werden,.daß auf die Relais weitere Spulen aufgebracht werden, so daß der Ansprechzeitpunkt
der Relais dadurch verlegt wird.
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Es ist ersichtlich, daß die Einfüihrtmg :des Wechsehviderstandes eine
Vereinfachung der Regelung bringt, .da jetzt die Bedingungen einer einwandfreien
Regelung, daß bei größerem .Ausschlag auch größere Regelwirkung erzielt wird, erfüllt
werden. Trotzdem erhalten :die einzelnen Regelstellen selbst nur Relais. Gegenüber
Kontaktgeräten wird ein wesentlicher Fortsdhritt erreicht, da die verwendeten Mittel
so wirken, als ob Kontaktgeräte mit unendlich nahe aneinanderliegenden Maximal-
und Minimalkontakten verwendet wären. Selbstverständlich sind die angegebenen Ausführungen
nur als Beispiele aufzufassen, die -in verschiedenartigsterWeise verwendet werden
können.
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Zum Schluß sei noch bemerkt, :daß der Wechselwiderstand beim Aus-
und Einschalten auch funkenlos arbeiten kann, wenn die beiden Enden .des Widerstandes
.durch einen Widerstand überbrückt werden, der einen Ausgleich der Spannungen ermöglicht.
Die verschiedenen Sonderausführungen, die in den Unteransprüchen angemeldet sind,
sind selbstverständlich auch ohne Wechselwiderstand verwendbar.
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Selbstverständlich sind für das Regelverfahren beliebige Relais verwendbar,
und es ist die Erfindung nioht auf magnetisch wirkende Relais beschränkt. Z. B.
können auch Verstärkerröhren, Glimmröhren ul9 Relais verwendet werden. Di;e.Ansprechempfindlichkeit
der Relais rann auf elektrische Weise verändert werden.
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Es ist auch nicht erforderlich, .daß, wie in Abb. i gezeichnet, zwei
Wechselwiderstände vorgesehen werden oder nach Abb.4 ein Wechselwiderstand und ein
Kontaktapparat. Es ist bei geeigneter Schaltung auch mit nur einem Wechselwiderstand
auszukommen. Abt. io zeigt ein Beispiel hierfür, und zwar dieAnordnung einerWheatstonesch,enB:rüclce.
Hier wird der aus dem Wechselwiderstand 5 kommende Strom in die beiden Relais 6
und 8 geleitet, die ein dem :einen Brückenzweig liegen. Im anderen Zweig liegt ein
verstellbarer Widerstand 42 und .der Widerstand 43,, der z. B. durch das Regelorgan
selbsttätig verstellt wird, und zwar so lange, bis ein Stromgleichgewicht :erreicht
ist, bis also. durch die Brücke, in *der sich z. B. das Melinstrume.nt 44 befindet,
kein Strom mehr fließt. Diese automatische Abgleichung der Wheatstoneschen Brücke
läßt sich für .die verschiedensten Zwecke, z. B. für Verhältnisregelung; verwenden.
Sie kann auch verwendet werden für Wechselstrarnbrücken, und es werden dann evtl.
auch zwei Brückenzweige selbsttätig verändert.